REPUBLIKA E SHQIPËRISË UNIVERSITETI I TIRANËS FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS DEPARTAMENTI I KIMISË INDUSTRIALE DISERTACION PËR MARRJEN E GRADËS SHKENCORE "DOKTOR" STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË Disertanti Udhëheqës Shkencor M.Sc. Edlira TAKO Dr. Altin MELE Tiranë, 2015
133
Embed
Doktoratura Edlira Tako, Fakulteti i Shkencave i Natyrore ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
REPUBLIKA E SHQIPËRISË
UNIVERSITETI I TIRANËS
FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS
DEPARTAMENTI I KIMISË INDUSTRIALE
DISERTACION
PËR MARRJEN E GRADËS SHKENCORE "DOKTOR"
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Disertanti Udhëheqës Shkencor
M.Sc. Edlira TAKO Dr. Altin MELE
Tiranë, 2015
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako I
2015
UNIVERSITETI I TIRANËS
FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS
DEPARTAMENTI I KIMISË INDUSTRIALE
Programi "Proceset e trajtimit kimik të lëndëve të para natyrore dhe të
mbeturinave industriale e urbane"
Disertacion i paraqitur nga
M.Sc. Edlira TAKO
Për marrjen e gradës shkencore
DOKTOR
Tema: " Studimi i ekuilibrave të adsorbimit në argjilat montmorillonite të
disa metaleve të rëndë "
Udhëheqës Shkencor: Dr. Altin MELE
Mbrohet më dt. ….. /….. /……. para jurisë:
1. …………………………………… Kryetar
2. …………………………………… Anëtar (oponent)
3. …………………………………… Anëtar (oponent)
4. …………………………………… Anëtar
5. …………………………………… Anëtar
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako II
2015
F A L E N D E R I M E
Punimi i kësaj tezë doktorature ka qenë një "udhëtim" i mundimshëm, i cili nuk do
të kishte qenë i mundur pa mbështetjen dhe përkrahjen e shumë personave. Ka
ardhur momenti i falenderimeve për ta.
Dëshiroj t’i shpreh mirënjohjen dhe vlerësimin e thellë udhëheqësit tim Dr. Altin
MELE për udhëheqjen e dobishme, inkurajimin, ndihmesën e papërtuar,
bashkëpunimin dhe sugjerimet gjatë këtij studimi. Është fat që kam mbështetjen e
një udhëheqësi kaq të përkushtuar, nga i cili kam mësuar shumë.
Falenderoj, Prof.As. Alma SHEHU, për ndihmën e saj në realizimin e një pjesë të
matjeve të këtij studimi. Faleminderit, për mbështetjen tënde.
Falenderoj, Prof..Dr.Fatmir SHEHU – që me gadishmërinë, idetë e tij ka luajtur një
rol tepër të rëndësishëm në realizimin e këtij studimi.
Dua të falenderoj gjithë të afërmit e mi, kolegë, miq e shokë.
Një falenderim të veçantë kam për laboranten e Departamentit të Kimisë të UPT e
cila tregoi gadishmërnë e saj për të më mbështetur në kryerjen e pjesës
eksperimentale të këtij studimi. Faleminderit Zana.
Në veçanti falenderoj familjen time të dashur për mbështetjen, durimin inkurajimin
e vazhdueshëm dhe mbështetjen financiare që më kanë dhënë gjatë gjithë
studimeve të mia.
Së fundi, por jo të fundit….
Falenderoj, djalin Tim Arvjosin, që me dashurinë dhe mirëkuptimin e tij prej
fëmije, më dha forcë dhe motiv për të mbaruar këtë punim.
Ky punim nuk do të ishtë i njëjti pa të gjithë JU!
Faleminderit nga zemra!
Edlira
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako III
2015
PËRMBAJTJA
Falenderime II Përmbajtja e Lëndës III
Lista e Shkurtimeve VI
Lista e Tabelave VII Lista e Figurave X
Hyrje XII
Nr i faqes
I PJESA TEORIKE KAPITULLI 1 –Argjilat
1.1 Argjilat. Të përgjithshme 1
1.2 Përdorimet Historike dhe të Kohëve të Fundit të Argjilave 1
1.3 Formimi i Argjilave 4
1.4 Klasifikimi i Mineraleve Argjilore 5
1.4.1 Smektikët 5
1.4.2 Mineralet Shoqëruese 6
1.4.3 Vetitë e Mineraleve Argjilore 6
1.5 Struktura e Mineraleve Argjilore 6
1.5.1 Struktura Silicate Shtresore 7
1.5.2 Grupi i Kaolin-Serpentin 10
1.5.3 Karakteristikat dhe Struktura e Montmorilonitit 11
1.6 Përdorimi i Argjilave si Katalizator në Sintezat Kimike 13
1.7 Minerali Argjilor në Shqipëri 13
1.8 Përfitimet Ekonomike-Mjedisore nga Përdorimi i Argjilave si Adsorbent 16
1.9 Bymimi i Argjilave 17
1.9.1 Përmbajtja e Ujit tek Argjilat dhe Ndryshimet që Ndodhin me 17
Rritjen e Temperaturës
.
KAPITULLI 2 – Vlerësimi Laboratorik dhe Modifikimi i Mostrave të Argjilës 19
2.1 Sipërfaqja Specifike 19
2.2 Spektroskopia Infra e Kuqe (SIK) 20
2.3 Identifikimi i Fazës Montmorillonite të Argjilës me 20
Metodën e X-Difraktometris
2.4 Kapaciteti i Shkëmbimit Kationik (KSHK) 21
2.4.1 Përcaktimi i Kapacitetit të Shkëmbimit Kationik (KSHK) 21
2.5 Modifikimi i Mostrave të Argjilës 22
2.5.1 Aktivizimi Acid 22
2.5.2 Ndikimi i Trajtimeve me Acid në Strukturën e Smektikëve 24
2.5.3 Modifikimi i Mineraleve Argjilore me Komponime Organike 24
2.5.4 Përdorimi i Argjilave të Aktivizuara 25
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako IV
2015
KAPITULLI 3 – Metalet e rëndë 26
3.1 Metalet e Rënda dhe Burimet e Tyre 26 3.2 Metodat e Përdorura për Largimin e Joneve të Metaleve të Rënda nga 28
Tretësirat Ujore 3.3 Plumbi dhe Kadmiumi 28
KAPITULLI 4- Procesi i Adsorbimit dhe Adsorbentët 30
4.1 Të Përgjithshme 30 4.2. Argjilat si Adsorbent 31
4.3 Mekanizmat e Adsorbimit 31
4.4 Faktorët që Ndikojnë në Proçesin e Adsorbimit 32
4.5 Izotermat e Adsorbimit 32 4.5.1 Tipet e Izotermave të Adsorbimit 33
4.5.2 Izoterma e Adsorbimit Langmuir 35
4.5.3 Izoterma e Adsorbimit Freundlich 38
4.6 Studimi i Kinetikës së Adsorbimit 39
4.7 Parametrat Termodinamikë 42
4.8 Desorbimi 42
4.9 Studime të Deritanishme mbi Argjilat 43
KAPITULLI 5 – Absorbimi
5.1 Spektroskopia e Absorbimit Atomik 45 5.2 Ndërtimi i Absorberit Atomik 45
5.3 Përparësitë e Analizave Kimike me SAA 48
II PJESA EKSPERIMENTALE 49
QËLLIMI I STUDIMIT 50
KAPITULLI 6 – Largimi i Metaleve të Rëndë nga Tretësirat Ujore me 51
Metodën e Adsorbimit
6.1 Materiale dhe Metoda 51
6.1.1 Baza Materiale e Përdorur për Analiza 51 6.1.1.1 Reagentët Kimike dhe Materialet 51
6.1.1.2 Aparaturat 52
6.1.1.3 Marrja e Mostrës së Argjilës në Vendburim 52
6.1.2 Larja dhe Pasurimi i Argjilës 52
6.1.3 Procedura e Aktivizimit Acid të Argjilës 53
6.1.4 Reagentët dhe Tretësirat 54
6.2 Karakterizimi i Mostrës së Argjilës së Prrenjasit 54
6.2.1 Formula Strukturore e Përafruar e Argjilës së Prrenjasit 54
6.2.2 Analiza e Argjilës së Prrenjasit me Spektroskopinë Infra të Kuqe 56
6.2.3 Përcaktimi i Ndryshimit Strukturor në Argjilën e Prrenjasit 58
Nëpërmjet Difraktometrisë me Rreze X para dhe pas Aktivizimit Acid
6.2.4 Karakterizimi i Ndryshimeve Sipërfaqësore të Argjilës së Prrenjasit Gjatë 59
Aktivizimit Acid Nëpërmjet Matjes së Adsorbimit mbi to të N2 në 77 K
6.3 Identifikimi i Modelit të Bymimit të Argjilës së Prrenjasit 59
6.4 Largimi i Ujit nga Argjila me Rritjen e Temperaturës 60
6.4 Teknika Batch e Përcaktimit të Ekuilibrit të Adsorbimit 61
45
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako V
2015
6.5 Analiza Kimike e Përcaktimit të Pb (II) dhe Cd (II) me SAA 62
KAPITULLI 7 – Rezultate dhe diskutime 63
7.1 Optimizimi i Parametrave të Adsorbimit të Joneve të 63
Plumbit dhe Kadmiumit nga Argjila e Prrenjasit
7.1.1 Ndikimi i Kohës së Kontaktit në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe të Cd (II) 63 7.1.2 Ndikimi i pH në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe të Cd (II) 66
7.1.3 Ndikimi i Sasisë së Adsorbentit në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) 68
dhe të Cd (II)
7.1.4 Ndikimi i Temperaturës në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe të Cd (II) 71
7.1.5 Ndikimi i Përqendrimit Fillestar të Pb (II) dhe të Cd (II) 73
në Procesin e Adsorbimit
7.2 Studimi i Izotermave 76 7.2.1 Izoterma e Langmuir 76
7.2.2 Izoterma e Freundlich 78
7.3 Modeli i Kinetikës 80
7.3.1 Modeli i Kinetikës së Rendit Pseudo të Parë 80
7.3.2 Modeli i Kinetikës së Rendit Pseudo të Dytë 83
7.4 Përcaktimi i Parametrave të Termodinamikës 86
7.5 Përcaktimi i Kapaciteteve Adsorbues të joneve Pb (II) dhe Cd (II) mbi Argjilën 96
e Prrenjasit të Aktivizuar me Acid Sulfurik me Përqendrime të Ndryshme
7.5.1 Përcaktimi i Kapacitetit Adsorbues të joneve Pb (II) mbi Argjilën e Prrenjasit 96
të Aktivizuar me Acid Sulfurik në Përqendrimet 10%, 22% dhe 35%.
7.5.2 Përcaktimi i Kapaciteteve Adsorbues për Jonet e Cd (II) mbi Argjilën
e Prrenjasit të Aktivizuar me Acid Sulfurik në Përqendrimet 10%, 22% dhe 35%. 99
7.6 Bashkëadsorbimi i Joneve të Pb (II) dhe të Cd (II) nga tretësirat ujore 105
mbi argjilën e Prrenjasit
7.7 Konkluzione dhe Rekomandime 107
KAPITULLI 8 - Literatura e Përdorur 110
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako VI
2015
SHKURTIME FJALËSH
MMT Montmorillonit
KSHK Kapaciteti i shkëmbimit kationik
Ssp Sipërfaqja specifike
T:O Struktura dyshtresore me një shtresë tetraedrike dhe një oktaedrike
T:O:T Struktura treshtresore me dy shtresa tetraedrike dhe një oktaedrike
XRD Difraktometria me reze X
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako VII
2015
LISTA E TABELAVE
Nr i tabelës Titulli Nr i faqes
6.1 Formulimi i përzieries argjilë + H2SO4 + H2O. 54
6.2 Përbërja kimike e argjilës së Prrenjasit 55
6.3 Sipërfaqja specifike, vëllimi i përgjithshëm i poreve dhe KSHK 59
për argilën e Prrenjasit para dhe pas aktivizimit acid me H2SO4.
6.4 Kinematika e Bymimit të Argjilës së Prrenjasit 60
6.5 Humbja në peshë në % sipas tepmeraturës në ºC 61
6.6 Parametrat e punës për përcaktimin e elementëve me metodën SAAF. 62
7.1 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber 64
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për kohë kontakti
të ndryshme.
7.2 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 64
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për kohë kontakti
të ndryshme.
7.3 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për vlera të ndryshme pH. 66
7.4 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 66
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për vlera
të ndryshme pH. .
7.5 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber 68
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për sasi të ndryshme
të adsorbentit.
7.6 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 69
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për sasi të ndryshme
të adsorbentit.
7.7 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber 72
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për temperatura
të ndryshme.
7.8 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 72
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për temperatura
të ndryshme.
7.9 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber 74
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë.
7.10 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 74
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako VIII
2015
atomik para dhe pas procesit të adsorbimit për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë.
7.11 Konstantet e izotermave të modelit të adsorbimit sipas 80
Langmuir dhe Freundlich për Pb (II) dhe Cd (II) mbi
argjilën e Prrenjasit.
7.12 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber 81
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për kohë kontakti
të ndryshme.
7.13 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber 82
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për kohë kontakti
të ndryshme.
7.14 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber atomik 83
para dhe pas procesit të adsorbimi për kohë kontakti të ndryshme.
7.15 Parametrat kinetikë dhe devijimet për adsorbimin e joneve 85
të Pb (II) dhe të Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit.
7.16 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Pb (II) me absorber 86
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë në temperaturën 20°C
7.17 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Pb (II) me absorber 87
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë në temperaturën 30°C
7.18 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Pb (II) me absorber 87
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë në temperaturën 40°C.
7.19 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Pb (II) me absorber 88
atomik para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime
të ndryshme të joneve në tretësirë në temperaturën 50°C.
7.20 Konstantet e Langmuir për Pb (II) në temperatura të ndryshme. 89
7.21 Parametrat termodinamikë për adsorbimin e joneve Pb (II) 91
mbi argjilën e Prrenjasit të llogaritur nga konstantja e Langmuir (KL)
7.22 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Cd (II) me absorber atomik 91
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme
të joneve në tretësirë në temperaturën 20°C.
7.23 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Cd (II) me absorber atomik 92
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme
të joneve në tretësirë në temperaturën 30°C.
7.24 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Cd (II) me absorber atomik 92
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme
të joneve në tretësirë në temperaturën 40°C.
7.25 Konstantet e Langmuir për Cd (II) në temperatura të ndryshme. 93
7.26 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Cd (II) me absorber atomik 94
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme
të joneve në tretësirë në temperaturën 50°C.
7.27 Parametrat termodinamikë për adsorbimin e joneve Cd (II) tek argjila 95
e Prrenjasit të llogaritur nga konstantja e Langmuir (KL).
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako IX
2015
7.28 Rezultatet e analizës së joneve Pb (II) me absorber atomik 96
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 10%.
7.29 Rezultatet e analizës së joneve Pb (II) me absorber atomik 97
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 22%.
7.30 Rezultatet e analizës së joneve Pb (II) me absorber atomik 97
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 35%.
7.31 Rezultatet e analizës së joneve Cd (II) me absorber atomik 100
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 10%.
7.32 Rezultatet e analizës së joneve Cd (II) me absorber atomik 100
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 22%.
7.33 Rezultatet e analizës së joneve Cd (II) me absorber atomik 101
para dhe pas procesit të adsorbimi për përqendrime të
ndryshme të joneve në tretësirë mbi argjilën e aktivizuar me
acid sulfurik 35%.
7.34 Kapacitetet adsorbues për Pb (II) dhe Cd (II) për të gjitha 103
llojet e argjilave.
7.35 Konstantet e izotermave të modelit të adsorbimit sipas Langmuir 104
dhe Freundlich për Pb (II) dhe Cd (II) për të gjitha llojet e argjilave.
7.36 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) dhe Cd (II) 105
në tretësirë me absorber atomik pas procesit të adsorbimi
për kohë kontakti të ndryshme.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako X
2015
LISTA E FIGURAVE
Nr i figurës Titulli Nr i faqes
1.1 Përdorimi i argjilave në kozmetikë 3
1.2 Struktura e shtresës tetraedrike e cila kombinohet me shtresat
oktaedrike për të formuar njësinë strukturore. 7
1.3 Struktura e shtresë oktaedrike e cila kombinohet me shtresat
teraedrike për të formuar njësinë strukturore. 8
1.4 Njësia strukturore (T:O) dhe njësia strukturore (T:O:T) 9
1.5 Struktura e montmorillonitit 11
1.6 Harta që tregon shpërndarjen e mineraleve silikate në Shqipëri 15
1.7 Ndryshimet që pëson argjila me rritjen e temperaturës 18
4.1 Izotermë adsorbimi 33
4.2 Grafiku i izotermës së adsorbimit të tipit I 33
4.3 Grafiku i izotermës së adsorbimit të tipit II 34
4.4 Grafiku i izotermës së adsorbimit të tipit III 34
4.5 Grafiku i izotermës së adsorbimit të tipit IV 35
4.6 Grafiku i izotermës së adsorbimit të tipit V 35
4.7 Grafiku i izotermës së adsorbimit Freundlich 39
5.1 Skema e një aparati për SAA me atomizues me flakë. 45
5.2 Forma e një llambe katodike zgavër (HCL) që përdoret në SAA. 46
5.3 Zona e Flakës 47
6.1 Skema e aparaturës për aktivizimin e argjilës me H2SO4 53
6.2 a) Pamje satelitore të zonës së Prrenjasit. 55
b) Pamje nga vendburimi i mineralit argjilor në Prrenjas. 55
6.3 Spektroskopia FT – IR për argjilën e Prrenjasit dhe Prrenjas të 56
aktivizuar me H2SO4 në përqëndrimet 10%, 22%, 35%
6.4 Ndryshimit Strukturor në Argjilën e Prrenjasit Nëpërmjet 58
Difraktometrisë me Rreze X
7.1 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara 65
nga koha e kontaktit
7.2 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara 67
nga pH
7.3 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara nga 69
sasia e argjilës
7.4 Grafiku i varësisë së sasisë së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara për 70
gram argjilë nga sasia e argjilës
7.5 Grafiku i varësisë së % së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara 71
në varësi të raportit V/m
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako XI
2015
7.6 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara 73
nga temperatura
7.7 Grafiku i varësisë së sasisë së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara për 75
njësinë e masës së argjilës nga përqendrimi fillestar i joneve në tretësirë
7.8 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Langmuir për jonet e Pb (II) 77
7.9 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Langmuir për jonet e Cd (II) 77
7.10 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Freundlich për jonet e Pb (II) 79
7.11 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Freundlich për jonet e Cd (II) 79
7.12 Grafiku i ekuacionit Lagergen për kinetikën e rendit pseudo të parë: 81
log(qe-qt) përkundrejt kohës t për jonet e Pb (II)
7.13 Grafiku i ekuacionit Lagergen për kinetikën e rendit pseudo të parë: 82 log(qe-qt) përkundrejt kohës t për jonet e Cd (II)
7.14 Grafiku i ekuacionit të kinetikës së rendit pseudo të dytë: t/qt 84
përkundrejt kohës t për jonet e Pb (II)
7.15 Grafiku i ekuacionit të kinetikës së rendit pseudo të dytë: t/qt 85
përkundrejt kohës t për jonet e Cd (II)
7.16 Izotermat e linearizuara të Langmuir për adsorbimin e joneve Pb (II) 88
nga argjila e Prrenjasit në temperatura të ndryshme.
7.17 Grafiku linear i modelit të adsorbimit Langmuir në temperaturën 89
50°C për jonet e Pb (II).
7.18 Grafiku i ln KL përkundrejt 1/T për përcaktimin e parametrave 90
termodinamikë për adsorbimin e joneve të Pb(II) tek argjila e Prrenjasit.
7.19 Izotermat e linearizuara të Langmuir për adsorbimin e joneve Cd (II) 93nga argjila e Prrenjasit në temperatura të ndryshme.
7.20 Grafiku linear i modelit të adsorbimit Langmuir në temperaturën 94
50°C për jonet e Cd (II).
7.21 Grafiku i ln KL përkundrejt 1/T për përcaktimin e parametrave 95
termodinamikë për adsorbimin e joneve të Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit.
7.22 Grafiku i varësisë së kapacitetit adsorbues nga përqëndrimi fillestar. 98
i joneve të Pb (II) mbi argjilat e aktivizuara
7.23 Grafiku i linearizuar i modelit të adsorbimit Langmuir për argjilën natyrore 98
dhe të aktivizuar me H2SO4 10%, 22% dhe 35%.
7.24 Grafiku i linearizuar i modelit të adsorbimit Freundlich për argjilën natyrore 99
dhe të aktivizuar me H2SO4 10%, 22% dhe35%.
7.25 Grafiku i varësisë së kapacitetit adsorbues nga përqëndrimi fillestar 101
i joneve të Cd (II) për argjilat e aktivizuara.
7.26 Grafiku i linearizuar i modelit të adsorbimit Langmuir për Cd (II) për 102
argjilat e aktivizuara me H2SO4 10%, 22% dhe 35%.
7.27 Grafiku i linearizuar i modelit të adsorbimit Freundlich për Cd (II) për 102
argjilat e aktivizuara me H2SO4 10%, 22% dhe35%.
7.28 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara 106
nga koha e kontaktit.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT MONTMORILLONITE
TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako XII
2015
H Y R J E
Argjilat janë përdorur mijëra vjet përpara dhe ende zënë vend ndër materialet e ndërtimit më të
rëndësishëm. Argjilat njihen si materialet e shekullit XXI sepse ato gjenden me shumicë, janë të
lira dhe miqësore me mjedisin. Argjilat janë alumosilokate të hidratuara me grimca me përmasa
2 - 4 μ dhe me sipërfaqe rreth 23000 cm2 për gram. Sipërfaqja specifike e madhe, stabiliteti
kimik dhe mekanik, struktura shtresore, kapaciteti i lartë i shkëmbomit kationik (KSHK) e kanë
bërë argjilën material të shkëlqyer për adsorbim. Argjilat janë të afta të absorbojnë grimca të
madhësive të ndryshme që gjenden në dispersion.
Ndotja e ujit me substanca toksike është problem kryesor për shëndetin e njeriut si dhe për
cilësinë e ambjentit. Jonet e metaleve të rëndë janë nga substancat toksike më të rrezikshme për
mjedisin. Ata janë shumë toksike edhe në përqendrime të vogla në ujë dhe nuk degradohen.
Zakonisht metalet e rënda gjenden në ujrat e shkarkimeve të shumë industrive siç janë: ajo e
bojrave, pigmenteve, baterive, qeramikave, prodhimi i metaleve dhe i municioneve.
Janë përdorur metoda të ndryshme për largimin e joneve të metaleve të rënda nga tretësirat ujore
të tilla si: precipitimi kimik, jonshkëmbimi, filtrimi dhe osmoza inverse. Këto metoda janë ose
joefiçenete ose të shtrenjta sidomos kur përqendrimi i joneve të metaleve të rënda është më pak
se 10mg/l. Adsorbimi i joneve të metaleve mbi mineralet argjilore është një fushë që ka mjaft
interes të studjohet. Jonet e metaleve edhe argjila janë të zakonshme në natyrë dhe studime të
tilla do të sigurojnë informacione të dobishme dhe me rëndësi për mjedisin. Duke marrë në
konsideratë depozitat e mëdha të mineraleve argjilore, është e favorshme nga ana ekonomike që
argjilat të përdoren si adsorbent për metalet e rëndë. Adsorbimi është cilësuar si një nga teknikat
më efektive dhe më ekonomike për largimin e metaleve të rënda nga uji. Adsorbimi i kap
ndotësit duke i ndarë ata nga faza ujore dhe adsorbanti i ndotur mund të rikuperohet ose të
depozitohet pa rreziqe. Mineralet argjilore duke qënë përbërës të rëndësishëm të dherave e kanë
luajtur këtë rol duke larguar shumë ndotës. Procesi i pastrimit të ujrave të ndotur duke përdorur
mineralet argjilore ndodh përmes adsorbimit dhe jono-shkëmbimit.
Qëllimi kryesor i këtij studimi ishte të vlerësohej performanca e adsorbimit të argjilës
montmorillonite të Prrenjasit në trajtë natyrore dhe të modifikuara me acid sulfurik për largimin
e Pb (II) dhe Cd (II) nga tretësirat ujore. U përcaktuan dhe u optimizuan kushtet e punës si: koha
e ndërveprimit, pH, temperatura dhe sasia e adsorbentit. U përcaktua kapaciteti adsorbues i
argjilës për Pb (II) dhe Cd (II), ekuilibrat e adsorbimit si dhe parametrat termodinamikë.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 1
PJESA TEORIKE
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 2
KAPITULLI –1
Argjilat
1.1 Argjilat. Të Përgjithshme
Argjilat janë minerale alumosilikate të hidratuara me grimca me përmasa (<2μm). [72]
Përmasat e tyre janë të lidhura ngushtë me përshtatshmërinë e tyre për largimin e
metaleve të rëndë nga tretësirat ujore. [83]
Difraksioni me rreze X (XRD) lejoi përcaktimin e strukturës së mineraleve argjilore. [74]
Kjo bëri të mundur kryerjen e shumë studimeve të mëtejshme për mundësitë e përdorimit
dhe të modifikimit të argjilave me qëllim përmirësimin e cilësive të tyre. [68]
Vitet e fundit është rritur interesi për argjilat dhe për përdorimin e tyre në shumë fusha.
Sipërfaqja specifike e lartë, stabiliteti kimik dhe mekanik, struktura shtresore, kapaciteti i
shkëmbimit kationik (KSHK) etj i kanë bërë argjilat ndër materialet adsorbues më të
kërkuar. [1]
Kimikate të ndryshëm janë të aftë të largojnë jonet e metaleve të rëndë nga tretësirat,
duke ulur rrezikun për ndotjen e mjedisit. Pas përdorimit të tij të parë në 1930, karbonit
aktiv u bë një adsorbent shumë i zakonshëm. [59], [96]
Pavarësisht nga efikasiteti i tij,
kostoja e lartë po e redukton përdorimin e tij dhe kjo lë hapësira për kërkimin e
alternativave të reja. Zeolitet, citozani dhe argjilat janë ndër materialet natyrore më të
studiuara. Argjilat luajnë një rol të rëndësishëm në mjedis duke vepruar si pastrues
natyrale duke larguar kationet dhe anionet përmes proceseve të jono-shkëmbimit ose
adsorbimit. [7]
Argjilat janë adsorbentë shumë atraktivë për përdorime në këto fusha për
shkak të disponueshmërisë së lartë dhe kostos së ulët.
1.2 Përdorimet Historike dhe të Kohëve të Fundit të Argjilave
Vetitë e dobishme të argjilave janë zbuluar që në kohët prehistorike dhe një nga
përdorimet më të hershme është një enë pijesh e prodhuar nga tharja në diell e argjilës.
Pllakat e argjilës janë përdorur si mjedisi i parë për të shkruajtur.
Argjilat kur përzihen në çdo proporcion me ujin shfaqin plasticitet të lartë, ndërsa kur
thahen bëhen të forta dhe kur piqen në furrë ndodhin ndryshime fizike dhe kimike të
përhershme të cilat i shndërojnë argjilat në material qeramik. Për shkak të këtyre vetive
argjilat janë përdorur për të bërë artikuj poçerie, prodhime gresi dhe porcelani. Argjilat
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 3
janë një nga materialet e ndërtimit më të vjetra në botë. Ato përdoren në shumë procese
industriale si: prodhimi i letrës, prodhimi i çimentos, filtrimet kimike, largimi i metaleve
të rëndë nga uji i ndotur, pastrimi i ajrit etj. Argjilat janë përdorur edhe për pastrimin e
leshit të përshtatshëm për prodhimin e veshjeve nga yndyrnat. Argjilat përdoren edhe për
qartësimin e vajrave [14]
dhe verës. Ato janë të papërshkueshme nga uji dhe si të tilla
përdoren kur kërkohen mbulime natyrale p.sh si veshje e brendshme për venddepozitimet
e mbeturinave (preferohen të kombinuara me gjeotekstil). [66]
Përdorimet më të zakonshme të argjilave bentonite janë: për filtrime, dekolorime dhe
qartësime, prodhim ushqimi për kafshët (luan rolin e antingrirësit), adsorbues për aromat
e pakëndshme, transportues pesticidesh, adsorbues për naftën dhe vajin etj. Sasi të vogla
argjile përdoren në bojra, përdorime farmaceutike dhe kozmetikë. Argjilat gjejnë
përdorim dhe në pastrimin e ujit të ndotur nga lavazhet e makinave etj. Ato njihen për
vetitë adsorbuese dhe janë përdorur me sukses për të larguar atrazinën nga uji. Aftësia e
bymimit i bën ato të përdorshme si material izolues sidomos për sipërfaqet e
venddepozitimeve të lëndëve nukleare ose për formimin e barrierave të papërshkueshme
nga uji, për të parandaluar migrimin e lëngjeve kulluese. Ndoshta argjilat janë një nga
agjentët larës industrial më të hershëm. [51]
Përdorimet tradicionale të argjilave si medikament datojnë që në kohët prehistorike p.sh
për qetësimin e çrregullimeve të stomakut, detoksifikimin e lëkurës dhe trupit, relaksimin
e muskujve, në shërimin e plagëve, qetësimin e dhimbjeve etj. Montmorilloniti (MMT)
është efikas edhe në trajtimin e sindromave të acaruara të zorrëve. Në bazë të përdorimit
bëhet edhe pastrimi i argjilave.
MMT përdoret në industrinë e shpimeve të naftës si një komponent i lëngjeve shplarës të
shpimit duke e bërë atë më viskoz. Gjithashtu përdoret si shtesë në dherat e vendeve me
thatësirë në mënyrë që të mbajë ujin, në ndërtimin e moleve prej dheu dhe argjinaturave.
Na-MMT kanë filluar të përdoren si përbërësit kryesorë tek agjentët shpërthyes për të
çarë shkëmbinjtë ose për shkatërimin e strukturave prej betoni kur përdorimi i eksplozivit
është i papranueshëm. Për shkak të aftësisë së lartë të bymimit MMT përdoret edhe si
unazë mbyllëse për puset e ujit. MMT i kalcinuar përdoret si aerues i tokave për fushat e
lojrave.
Figura 1.1 Përdorimi i argjilave në kozmetikë.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 4
1.3 Formimi i Argjilave
Argjilat, përfshi dhe smektikët, në shumicën e rasteve janë formuar nga modifikimi i
mineraleve të tjerë dhe formacioneve shkëmbore. Kushtet fiziko-kimike të modifikimeve
që ndodhin gjatë formimit të argjilave njihen me përafërsi. Mineralet argjilore janë një
klasë e polisilikateve të hidratuara të përbëra nga fraksionet e imta të sedimenteve,
dherave, shkëmbinjve etj. [95]
Përsa i përket mënyrës së formimit argjilat i ndajmë në dy
grupe.
1. Argjilat e gjetura në vendin e origjinës.
2. Argjilat e transportuara që shpesh njihen si argjila të sedimentuara, të
zhvendosura nga vendi i origjinës nga erozioni ose një agjent tjetër dhe të
depozituara në një vend të ri.
Argjilat e grupit të parë zakonisht janë formuar nga gërryerja sipërfaqësore e cila i
formon argjilat në tre mënyra:
nga dekompozimi kimik i gurit si p.sh graniti që përmban Si dhe Al
nga tretja e shkëmbinjve gëlqerorë të cilët pasi treten depozitohen si argjila
nga tretja e argjilave.
Studimet fizike, kimike dhe mineralogjike tregojnë sa të ndërlikuara janë argjilat. [28]
Smektikët janë formuar nga modifikimi i formacioneve shkëmbore silicore me tretësira
alkaline (pH rreth 7) të pasura me magnez. Formacionet shkëmbore silicore që mund të
modifikohen në smektik nën kushte të përshtatshme janë të ndryshme si: graniti, basalti,
serpentina dhe një lloj tjetër guri ranor. [95]
Mineralet smektike të formuara varen nga
kushtet e modifikimit, kimia e burimit të formacionit shkëmbor si dhe nga tretësira
modifikuese. Hiri vullkanik është lehtësisht i modifikueshëm dhe njihet si materiali bazë
për shumë depozitime smektike. Smektitët në argjilat sedimentuese mund të jenë formuar
në vend ose mund të kenë rrjedhur nga modifikimi i depozitimeve të vjetra. Argjilat
smektike të deteve gjenden me shumicë dhe janë më të përhapura sesa ato me origjinë
nga ujrat e ëmbla sepse gjatë gjithë historisë gjeologjike të fundeve të oqeaneve janë bërë
depozitime të mëdha të sedimenteve grryerëse dhe ndoshta kanë patur sipërfaqe më të
mëdha në të cilat mjedisi ishte i favorshëm për të formuar smektikët.
Përhapja e smektikëve është pa dyshim e lidhur me moshën gjeologjike. Shumë argjila të
moshës pre-Late Mississippian janë të përbëra kryesisht nga ilit dhe klorit dhe përmbajnë
sasi të vogla smektiku, ndërsa argjilat më të reja kanë një grup mineralesh argjilore të
përbërë nga MMT, argjila me shtresa të përziera dhe kaoliniti. Shumë argjila tek të cilat
smektiku është përbërësi kryesor janë të moshës Mesozoike dhe Cenozoike. MMT mund
të përqendrohet dhe të transformohet brenda mjediseve të vendburimit. Ai mund të
formohet ngadalë në tretësirë alumosilikatesh. Argjilat e thellësive përmbajnë ilit ose jo-
smektit. Nga vëzhgimet e Burst (1959) dhe Weaver (1959), përmbajtja e mineralit
argjilore ulet ndjeshëm me thellësinë e vendburimit ndërsa ajo e ilitit rritet. Faktet
tregojnë që gjatë procesit të depozitimit smektiku mund të jetë shndëruar në ilit.
Në varësi nga përmbajtja e dheut, argjilat shfaqen në disa variacione ngjyrash nga gri e
hapur, në portokalli – e kuqe, e zezë. Të gjitha kanë të njëjtat cilësi. Sa më gjatë të jenë
ekspozuar ndaj agjentëve atmosferikë aq me aktive janë.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 5
1.4 Klasifikimi i Mineraleve Argjilore
Përbërja kimike dhe struktura kristalore janë bazat mbi të cilat mineralet argjilore ndahen
në katër grupe kryesore: ilit, smektit, vermikulit dhe kaolinit.
1.4.1 Smektikët
Shpeshherë argjilat lidhen me smektitët të cilët kanë vetitë e mëposhtme:
Grimca me përmasa koloidale.
Shkallë të lartë të çrregullsisë së grumbujve të shtresave.
Sipërfaqe specifike e lartë.
Ngarkesë mesatare e shtresave.
Kapacitet jono-shkëmbyes i lartë, i cili varet pak nga pH i mjedisit.
Aftësi për të adsorbuar substanca të ndryshme përfshi edhe komponimet organike
dhe makromolekulat.
Në grupin smektik përfshihen disa lloj mineralesh: MMT, baydeliti, nontroniti dhe të
tjerë më pak të njohur. Rrjeta kristalore e të gjithë smektitëve është me shtresa. Paketimi
bëhet çdo 3 shtresa: shtresa e sipërme dhe e poshtme e paketimit ka strukturë tetraedrike
midis Al dhe SiO4. Midis shtresave me strukturë tetraedrike është një shtresë me strukturë
oktaedrike midis Al dhe Fe. Paketimet e shtresave treshe kanë ngarkesë negative të
shkaktuar nga zëvendësimi i elementëve trevalentë (Al, Fe) të shtresës oktaedrike me
elementët dyvalentë (Мg, Fe) ose të elementit katërvalent Si me elementin trevalent Аl në
shtresën tetraedrike.
Smektikët kanë përbërje kimike të shumëllojshme, parandaj përdoren në shumë procese
industriale. Ata kanë rëndësi të madhe në procesin e errozionit të tokave. [72]
Smektikët
janë grupi i argjilave të bymyeshme. Karakteristika e smektikëve që kanë aftësi të rritin
volumin 2-20 herë është dhe veçoria më e rëndësishme për përdorimin e tyre industrial.
Smektikët mund të zëvendësojnë më shumë se 33% të kationeve brenda strukturës së
tyre, duke arritur kapacitet të lartë të shkëmbimit kationik (KSHK) dhe duke u bërë të
përshtatshëm për largimin e metaleve të rëndë. Kationet e shkëmbyeshme janë Na+, K
+,
Ca2+
, Mg2+
. Zakonisht jonet e K+ balancojnë ngarkesat. Minerali më i zakonshëm tek
grupi i smektikëve është MMT. Një smektik i tipit (T:O:T) me zëvendësime oktaedrike të
Al3+
nga Mg2+
rrit ngarkesën e shtresës. [16]
MMT është në fokus të studimeve për
përdorimin e tyre për largimin e joneve të metaleve të rëndë, kjo për shkak të KSHK të
lartë dhe disponueshmërisë së tij [11]. MMT gjithashtu ka grimca me përmasa të vogla
dhe sipërfaqe të lartë të cilat ndihmojnë në rritjen e kapacitetit adsorbues. [12]
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 6
1.4.2 Mineralet Shoqëruese
Fraksionet e argjilave, dherave dhe sedimenteve (grimca më të vogla se 2-4 nm) shpesh
përmbajnë minerale jo-filosilikate të tilla si karbonatet, kuarci si dhe hidrokside të
aluminit dhe hekurit. Meqënëse këto minerale nuk i japin plasticitet argjilave, ato janë
quajtur minerale shoqërues. Prania e oksideve, hidroksideve, sulfideve, karbonateve,
sulfateve, keqësojnë cilësinë e lëndës së parë. Sasia e tepërt e SiO2 ul plasticitetin dhe
ngre temperaturën e shkrirjes. Prania e tyre në depozitat e argjilave redukton vlerën
tregtare të vendburimit. [64]
1.4.3 Vetitë e Mineraleve Argjilore
Argjilat janë alumosilikate të hidratuara, të përcaktuara si minerale që përbëjnë fraksionin
koloidal (<2 μ) të dherave, sedimenteve, shkëmbinjve dhe mund të përbëhen nga
përzierja e mineraleve argjilore me grimca të imta dhe nga kristalet e mineraleve të tjera
si kuarci, karbonatet dhe oksidet e metaleve. Zakonisht termi argjila përdoret për
materialet që shfaqin plasticitet kur përzihen me një sasi të vogël uji.
Mineralet argjilore karakterizohen nga një sërë vetish përfshi:
Strukturë shtresore me përmasa të rendit nanometër. Trashësia e shtresës (T:O)
është rreth 0.7 nm dhe ajo (T:O:T) është rreth 1nm.
Anisotropia e shtresave ose grimcave.
Ekzistenca e tipeve të ndryshme të sipërfaqeve: sipërfaqe planare, sipërfaqe me
kreshta si dhe sipërfaqe ndërshtresore.
Lehtësia me të cilën sipërfaqja e brendshme dhe shpesh edhe ajo e jashtme mund
të modifikohen (me adsorbim, jono-shkëmbim ose grafitim).
Plasticiteti.
Forcimi me tharje ose nxehje.
Përmasat e grimcave nuk janë kriter për përkufizimin e mineraleve argjilore.
Struktura e argjilave i bën ato materialet adsorbues më të kërkuar. [94]
1.5 Struktura e Mineraleve Argjilore
Mënyrat e ndryshme të lidhjeve reciproke të tetraedrave silic-oksigjen formojnë familjen
e rëndësishme të komponimeve që njihen me emrin silikate. Në disa silikate grupi [SiO4]
zëvendësohet me grupin [AlO4] pasi edhe ky grup është katërkoordinativ. Këto
komponime emërtohen alumo-silikate dhe skeleti i tyre formohet nga kombinimi i
tetraedrave [SiO4]4-
dhe [AlO4]5-
. Në këtë rast duke zëvendësuar disa atome silici me
atome alumini prishet gjendja e neutralitetit elektrik që është karakteristikë e grupit
[SiO2] dhe kemi tepricë ngarkesash negative. Për të neutralizuar këto ngarkesa në rrjetën
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 7
hapësinore të alumosilikateve futen jone të ndryshme metalesh si: Na, K, Mg, Ca, Fe nga
zbërthimi i të cilëve formohen mineralet argjilore. [12]
1.5.1 Struktura Silikate Shtresore
Për të diskutuar për kapacitetin adsorbues të mineraleve të ndryshme argjilore është e
nevojshme të paraqesim strukturat kryesore të dy njësive bazë më të zakonshme të të
gjitha shtresave silikate dhe strukturat më specifike të mineraleve argjilore kryesore të
cilat janë të rëndësishme për studimin e largimit të metaleve të rëndë. Tiparet strukturore
të argjilave janë të mirë përcaktuara. Të gjitha argjilat kanë strukturë alumosilikate
shtresore që konsiston në tetraedra të bashkëlidhur ku një kation i vetëm (kryesisht Si, Al
ose Fe) është i rrethuar nga katër atome oksigjen siç është treguar në Figurën 1.2. [13]
Struktura shtresore rrjedh nga lidhjet kovalente të katjoneve të afërt përmes
bashkëpërdorimit të atomeve të oksigjenit. [94]
Atomet e oksigjenit që gjenden në majë
lidhen me katjonet e tjerë për të formuar një shumëfaqësh përmes shtimit të një shtrese
sekondare.
Figura 1.2 Struktura e shtresës tetraedrike e cila kombinohet me shtresat oktaedrike për të
formuar njësinë strukturore. [94]
Oktaedrat me katione të lidhur me gjashtë atome oksigjen ose grupe hidroksile (OH)
formojnë pjesën e dytë të strukturës së argjilave. Kationet më të zakonshëm që gjenden
në qendër të oktaedrit janë Al, Mg dhe Fe dhe më pak Li, V, Co, Fe, Ti, Ni, Zn, Cr dhe
Mn. [12], [94]
Njësitë oktaedrike lidhen me njësitë e afërta teraedrike përmes
bashkëpërdorimit të anioneve të oksigjenit duke formuar shtresat. Përfundimisht një
oksigjen që ndodhet në majë të një shtresë oktaedrike ndahet me atë të një shtrese
tetraedrike për të formuar strukturën shtresore me shtresa tetraedrike dhe oktaedrike.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 8
Figura 1.3 Struktura e shtresë oktaedrike e cila kombinohet me shtresat teraedrike për të
formuar njësinë strukturore. [94]
Shumëllojshmëria natyrore e argjilave haset për shkak të zëvendësimit të kationeve me
ngarkesa të njëjta ose të ndryshme në shtresat tetraedrike dhe oktaedrike. Argjilat
përmbajnë katione dhe anione të shkëmbyeshëm në sipërfaqe. Kationet dhe anionet më të
spikatur të gjetur në sipërfaqe janë Ca2+,
Mg2+,
H+, K
+, NH
4+, Na
+ dhe SO4
2−, Cl
−, PO4
3−,
NO3-. Këta jone mund të shkëmbehen relativisht lehtë me jone të tjerë pa ndikuar në
strukturën e mineralit argjilor. Ekzistojnë një numër i madh polimorfesh për çdo
arranzhim dhe argjilat e gjetura në një zonë përcaktohen nga përmbajtja në përqindje e
elementeve të ndryshëm si p.sh SiO2 66.7%, Al2O3 28.3%, H2O 5%. [83]
Diferenca të
vogla në përbërjen kimike mund të sjellin ndryshime të mëdha në vetitë kimike dhe
fizike. Renditja e tetraedrave dhe oktaedrave dhe sasia relative e tyre është e rëndësishme
për klasifikimin e mineraleve argjilore. Kur një shtresë tetraedrike lidhet me një shtresë
oktaedike shfaqet struktura (T:O) në të cilën të gjithë anionet oktaedrike të pandarë janë
grupe hidroksile. [12]
Me shtimin e një shtrese të dytë tetraedrike të përmbysur struktura
bëhet (T:O:T). Të dyja këto struktura janë paraqitur në Figurën 1.4.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 9
Figura 1.4 Njësia strukturore (T:O) dhe njësia strukturore (T:O:T). [94]
Jonet midis shtresave kompensojnë ngarkesën e mbetur nga zëvendësimi i kationeve.
Kationet e futur brenda hapësirave të rrjetës përmes rrjeshtit të oksigjeneve qëndrorë
lejojnë grumbullimin e shtresave poliedrike në drejtim të kundërt për të formuar një
strukturë kristalore tredimensionale njësi. [12]
Diametri i hapësirës midis oksigjeneve
kryesorë është afërsisht 3Å; përafërsisht me diametrin e kaliumit. Deformimi i këtij
pozicioni mund të çojë në ndryshim të kapacitetit të tërheqjes së kationeve specifikë që
gjenden në hapësirën midis shtresave. Kur tërhiqet K+ kjo ka të bëjë me një situatë të
fiksuar. Ndërsa kationet e shkëmbyeshme janë shumë më të larmishëm dhe në vendet e
shkëmbimit mund të gjendet një gamë e gjerë kationesh të hidratuar. [12]
Struktura e saktë e kristaleve të shumë mineraleve argjilore është e vështirë të
përcaktohet. [12]
Për më tepër, një kthesë e lehtë midis oktaedrave dhe tertaedrave
redukton planin e dukshëm kur përdoret teknika e difraktometrisë me rreze X (XRD).
Kështu çdo konkluzion lidhur me përmasat e njësisë mund të vlejë në një rast por nuk
vlen në një tjetër. [16]
Lloji i shtresës, ngarkesa e shtresës dhe lloji i shtresës së mesit bën klasifikimin e
mineraleve argjilore në tetë grupe kryesore: serpentinë-kaolin, smektite, vermikulite,
mica, brittle mica, klorite, talc-pyrophyllite dhe sepiolite-palygorskite.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 10
1.5.2 Grupi i Kaolin-Serpentin
Në këtë grup futet çdo mineral argjilor me strukturë të rregullt të shtresave (T:O).
Kaolinat kanë strukturë shtresore (T:O) e sugjeruar kjo për herë të parë nga Pauling, me
njësi bazë që konsistojnë në një shtresë tetraedrike me SiO4 dhe një shtresë oktaedrike me
Al+3
. Të dyja shtresat kombinohen për të formuar një shtresë unike të tillë që cepat e
tetraedrave të silicit futen përmes shtresave oktaedrike. Shtresat tetraedrike kthehen në
shtresa oktaedrike me atomet e „O‟ që ndodhet në majë të cilët ndahen përmes dy
shtresave. Atomet e Al janë vendosur në mënyrë të tillë që çdo dy atome Al ndahen nga
dy grupe hidroksile, njëri sipër dhe tjetri poshtë; duke bërë një shpërndarje hekzagonale
në një plan të vetëm në qendër të shtresës oktaedrike. Grupet hidroksile janë vendosur
direkt në qendër të hekzagoneve të oksigjenit të planit kryesor të shtresës tetraedrike. [12]
Kaoliniti (Si4)(Al4)O10(OH)8, ka këtë përbërje teorike të shprehur në terma të oksideve
SiO2 46.54%, Al2O3 39.50%, H2O 13.96%. [24]
Fomula tregon që nuk ka zëvendësime të
Si4+
me Al3+
në shtresën tetraedrike dhe nuk ka zëvendësime të Al3+
me jone të tjera
(p.sh.,Mg2+
, Zn2+
, Fe2+
, Ca2+
, Na+ ose K
+) në shtresën oktaedrike. Këshu, ngarkesa e
shtresës së kaolinës është: [4 (+4)]+[4 (+3)]+[10 (−2)]+[8 (−1)]=0. Kështu kaolinat janë
argjila më pak aktive. Por nga natyra, kaolina ka një ngarkesë të vogël negative që vjen
nga thyerja e cepave në kristalin e argjilës. Kjo ngarkesë negative, megjithëse e vogël,
është përgjegjëse që sipërfaqja të mos jetë komplet inerte.
Adsorbimi i metaleve zakonisht shoqërohet nga çlirimi i joneve H+ nga vendet e skajeve
të mineralit. Adsorbimi gjithashtu mund të ndodhi edhe në planet e faqeve të ekspozuara
të shtresave të silicit dhe aluminit. Adsorbimi i metaleve të rëndë mund të ndikojë në
strukturën e kaolinës. Zëvendësimi i joneve H+ dhe adsorbimi i kationeve Pb (II) ose Cd
(II) mund të shkaktojë bymim, tension të brendshëm, flokulim, dhe rritje të
përcjellshmërisë hidraulike. [78]
Shtojmë se zëvendësimi i joneve H+ nga jonet e metaleve
mund të ndikojë në forcat e Van der Valsit brenda strukturës së kaolinës. Ndryshimet tek
këto karakteristika tregojnë formimin e hapësirave boshe në strukturën e argjilës. [82]
Diferenca kryesore midis mineralit serpentin dhe kaolinit është boshllëku i një vendi të
një kationi oktaedrik tek kaolina duke e bërë atë dioktaedrike. Kjo situatë është e mundur
përmes tërheqjes së kationeve trevalentë, kjo tregon që nevojiten vetëm dy katione për të
plotësuar ngarkesën e mbetur të gjashtë oksigjeneve/grupeve hidroksil në shtresën
oktaedrike. Mineralet trioktaedrike të tillë si serpentina kanë tre katione dyvalentë midis
atomeve të oksigjenit/grupeve hidroksile të cilët zënë të gjithë vendet e disponueshëm
oktaedrikë, si rrjedhim kemi KSHK të ulët. [12]
Varësia e madhe nga pH tregon që rritja e
kapacitetit adsorbues është e mundur përmes trajtimit me tretësira acide. [65]
Pavarësisht
këtyre, sasia e madhe e disponueshme e kaolinës i bën ato ndër mineralet argjilorë më të
studiuar.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 11
1.5.3 Karakteristikat dhe Struktura e Montmorillonitit
MMT për herë të parë u gjet në Montmorillon të Francës në 1847, më shumë se 50 vjet
përpara se të zbulohej bentoniti (i referohen mineraleve të cilat kanë përmbajtjen e MMT
më shumë se 70%) në US. Ai është gjetur në shumë vende në të gjithë botën dhe njihet
edhe me emra të tjerë. Struktura e MMT është dhënë nga Marshall. MMT është përbërës
kryesor i hirit vullkanik. Ai zakonisht është i përzier me klorit, illit, muskovit dhe
kaolinit. Formula strukturore e MMT është përcaktuar që në 1998 me anë të analizave
kimike dhe përafërsisht është (Ca 0.188 Na 0.003 K 0.002 )(Al 1.56 Mg 0.25 Fe 0.18 Ti 0.005)(Si 3.91
Al 0.09)O10(OH)2 , por kjo varet nga vendburimi.
MMT është një grup mineralesh filosilikate shumë i butë me kristale mikroskopike. Ato
përbëhen kryesisht nga SiO2, Al2O3 si edhe nga sasi të vogla Fe2O3 dhe MgO, që
zëvendësojnë Al2O3. MMT është pjestar i familjes smektite. Struktura kristalore e MMT
përbëhet nga dy shtresa sipërfaqësore tetraedrike të silicës (SiO2) dhe një shtrese të
ndërmjetme oktaedrike të aluminës (Al2O3). Të treja këto shtresa formojnë shtresën njësi
Pra kështu kemi një mineral argjilor me tre shtresa (T:O:T) që formojnë njësinë
strukturore. Në grumbullin e këtyre njësive, shtresat e oksigjenit të çdo njësie janë afër
me oksigjenin e njësisë fqinje. Kjo shkakton një lidhje shumë të dobët dhe një çarje midis
njësive. Veçoria dalluese e kësaj strukture argjilore është se uji dhe molekulat e tjera
polare mund të futen midis shtresave duke shkaktuar zgjerimin e tyre. [16]
6.4 Teknika Batch e Përcaktimit të Ekuilibrit të Adsorbimit Kjo teknikë aplikohet për studimin e ndikimit të disa faktorëve në adsorbimin e joneve të
metalit nga argjilat. [57]
Parametrat për të cilët interesohemi janë: koha e kontaktit, pH, përqendrimi i jonit të
metalit, temperatura dhe sasia e argjilës.
Eksperimentet e adsorbimit janë realizuar duke përdorur tretësira që përmbajnë Pb (II)
ose Cd (II).
Për përcaktimin e ekuilibrave të adsorbimit nga argjila e Prrenjasit, u studiuan duke
përdorur teknikën batch: ndikimi i pH, koha e kontaktit, temperatura e adsorbimit, sasia e
adsorbentit dhe përqendrimi fillestar i joneve të metalit (Pb (II) dhe Cd (II)).
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 62
Eksperimentet u kryen në këto kushte:
pH 1-10
përqendrimi fillestar i joneve të metalit 10-50mg/L
koha e kontaktit 20-240 min
temperatura 20-500C
Të gjithë grupet e eksperimenteve të adsorbimit u zhvilluan në elermajer 100mL. Sasia e
kërkuar e argjilës (m) peshohet (në kushte të thata) dhe hidhet në një elermajer. Në të
shtohet 50mL tretësirë që përmban një sasi të njohur jonesh metali. Përzierja përzihet me
përzierës magnetik elektronik me shpejtësi 450 rpm në një temperaturë kostante për një
kohë të përcaktuar. Më pas përzierja centrifugohet me 4500rpm për 30 minuta dhe
përqendrimi i metalit të paadsorbuar në tretësirë përcaktohet me absorber atomik. [57]
Për
të rregulluar pH e mjedisit para adsorbimit përdoret NaOH me përqendrim 0.01N ose
HNO3 me përqendrim 0.01N. pH monitorohet edhe pas adsorbimit. Për të matur pH e
tretësirave para dhe pas eksperimentit është përdorur pH- metri.
Të gjithë eksperimentet e adsorbimit u kryen tre herë në kushte të njëjta dhe përqendrimi
i adsorbatit në tretësirën ujore dhe në fazën e ngurtë u llogarit nga mesatarja
eksperimentale e përqendrimit të metalit në tretësirën ujore pas adsorbimit.
Eksperimentet paraprake të adsorbimit përcaktuan se 0.1g argjilë në një volum 50 mL të
tretësirës respektive është e përshtatshme për të marrë një vëllim të mjaftueshëm për
përcaktimin e përqendrimit të joneve të metaleve. Temperatura gjatë eksperimentit është
mbajtur konstante.
6.5 Analiza Kimike e Përcaktimit të Pb (II) dhe Cd (II) me SAA
Bazuar në metodën standarde “Standard methods for the examination of water and
wastewater. APHA, 1995. [5]
Përcaktimi i përmbajtjes së metaleve Pb dhe Cd në tretësirat e trajtuara u krye me
metodën e spektroskopisë së absorbimit atomik me atomizim me flakë. Për secilin
element u përgatit një seri me tretësira standarde në mjedis HNO3, në mënyrë të tillë që
përqendrimet të jenë brenda zonës lineare të punës. Matjet u kryen në spektrofotometrin e
absorbimit atomik të tipit, AAS Varian, 10+, i pajisur me sistemin e atomizimit me flakë
ACETILEN-AJËR. Kushtet eksperimentale të matjeve në aparat janë paraqitur në tabelën
e mëposhtëme.
Tabela 6.6 Parametrat e punës për përcaktimin e elementëve me metodën SAAF.
Elementi Gjatësia e valës
(nm)
Çarja spektrale
Kufiri i diktimit
(mg/L)
Korrigjim
sforndi me
llampë D2
Cd
Pb
228.2
217.0
0.5
1.0
0.01
0.07
Po
Po
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 63
KAPITULLI – 7
Rezultate dhe Diskutime
7.1 Optimizimi i Parametrave të Adsorbimit të Joneve të Plumbit dhe
Kadmiumit nga Argjila e Prrenjasit
Adsorbimi i metaleve nga argjilat është varësi e disa parametrave për të cilët ndodh
procesi. Në këtë punim, duke u nisur edhe nga përfundimet e gjetura në literature [23]
është studiuar:
ndikimi i kohës së kontaktit të argjilës me tretësirën e joneve të metalit
pH i tretësirës
raporti argjilë/tretësirë
përqëndrimi fillestar i joneve në tretësirë
temperatura
7.1.1 Ndikimi i Kohës së Kontaktit në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe Cd (II)
Koha e kontaktit u vlerësua si një nga faktorët më të rëndësishëm që ndikon në
efektshmërinë e procesit të adsorbimit.
Gjatë eksperimentit sasia e adsorbentit u mbajt kostant 2g/L (0.1g/50mL), pH=5.8,
temperatura gjatë eksperimentit u mbajt 30oC dhe koha e kontaktit varioi nga 10 deri në
240 minuta. Për kryerjen e këtij eksperimenti u përzgjodh përqendrimi i joneve në
tretësirë rreth 10mg/L.
Për të përshkruar të dhënat eksperimentale në mënyrë kuantitative u përdor ekuacioni i
mëposhtëm:
m
VCCq ee 0 (27)
ku: C0 është përqendrimi fillestar i joint në tretësirë (mg/L).
Ce është përqendrimi në ekuilibër i joint në tretsirë (mg/L).
V është vëllimi i tretësirës (L).
m është masa e argjilës (g).
qe është sasia e joneve të adsorbuar për njësi të masës së argjilës
Të dhënat eksperimentale dhe përpunimi i tyrë janë paraqitur në tabelën 7.1 dhe 7.2.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 64
Tabela 7.1 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për kohë kontakti të ndryshme.
Koha (min) Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L) q=C0-Ce
(mg/L) qe (mg/g)
% e Pb (II)
të
adsorbuar
10 Pb (II) 13.53 1.41 12.12 6.06 89.5
20 Pb (II) 13.53 0.52 13.01 6.505 96.1
40 Pb (II) 13.53 0.38 13.15 6.575 97.2
60 Pb (II) 13.53 0.18 13.35 6.675 98.6
90 Pb (II) 13.53 k.d 13.53 6.765 100
120 Pb (II) 13.53 1.07 12.46 6.23 92.1
150 Pb (II) 13.53 k.d 13.53 6.765 100
180 Pb (II) 13.53 0.27 13.26 6.63 98
240 Pb (II) 13.53 0.66 12.87 6.435 95.12
Tabela 7.2 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për kohë kontakti të ndryshme.
Koha (min) Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L) q=C0-Ce
(mg/L) qe (mg/g)
% e Cd
(II) të
adsorbuar
10 Cd (II) 9.32 6.22 3.1 1.55 33.26
20 Cd (II) 9.32 5.61 3.71 1.855 39.8
40 Cd (II) 9.32 4.79 4.53 2.265 48.6
60 Cd (II) 9.32 3.79 5.53 2.765 59.3
90 Cd (II) 9.32 3.36 5.96 2.98 63.9
120 Cd (II) 9.32 2.86 6.46 3.23 69.3
150 Cd (II) 9.32 2.87 6.45 3.225 69.2
180 Cd (II) 9.32 2.85 6.47 3.235 69.42
240 Cd (II) 9.32 2.8 6.52 3.26 69.95
Varësia e përqindjes së joneve të Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuar në funksion të kohës së
kontaktit jepet në Figurën (7.1).
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 65
Figura 7.1 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara nga
koha e kontaktit.
Nga të dhënat eksperimentale, duket qartë se adsorbimi i joneve Pb (II) dhe Cd (II) mi
argjilën e Prrenjasit rritet me rritjen e kohës së kontaktit derisa arrihet ekuilibri.
Më shumë se 95 % e joneve Pb (II) adsorbohen gjatë 40 minutave të para dhe
përqendrimi i joneve në tretësirë bëhet pothuajse kostant pas 90 minutash. Fillimisht
adsorbimi ndjek një rritje lineare gjatë së cilës adsorbimi ndodh shumë shpejt dhe pastaj
vihet re një gjendje pothuajse e qëndrueshme. Adsorbimi i shpejtë në fillim vjen si
rezultat i akumulimit të joneve të Pb (II) në sipërfaqen e argjilës.
Në kohën e kontaktit 120 minuta vihet re një ulje në përqindjen e joneve Pb (II) të
adsorbuar. Kjo mund të jetë si rezultat i desorbimit të joneve Pb (II) si pasojë e
zmadhimit të hapësirës midis shtresave njësi pasi ato janë ngopur me jone Pb (II). E
vërejtur kjo edhe nga një studim i kryer nga N. Jozja mbi ndryshimet strukturore që pëson
argjila e Prrenjasit pas adsorbmit të një sasie të konsiderueshme të joneve të Pb(II).
Prej kësaj arrihet në konkluzionin, që koha prej 90 minutash është e mjaftueshme për të
arritur ekuilibrin e adsorbimit.
Kështu si kohë optimale e adsorbimit të joneve të Pb (II) nga argjila e Prrenjasit për
eksperimentet e mëtejshme mund të mbahet koha prej 90 minutash.
Për adsorbimin e joneve Cd (II) nga argjila e Prrenjasit mund të themi se % e joneve Cd
(II) të adsorbuara rritet pothuajse në mënyrë lineare me rritjen e kohës së kontaktit derisa
e arrin gjendjen e ekuilibrit afërsisht pas 120 minutash. % maksimale e joneve Cd (II) të
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 66
adsorbuara është 69.95% përkundrejt vlerës afërsisht 100% të joneve Pb (II) të
adsorbuara mbi argjilën e Prrenjasit. Pra mund të themi bindshëm se kjo argjilë adsorbon
më mirë jonet Pb (II) sesa jonet Cd (II).
Kështu si kohë optimale e adsorbimit të joneve të Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit për
eksperimentet e mëtejshme mund të mbahet koha prej 120 minutash.
7.1.2 Ndikimi i pH në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe të Cd (II)
Tek të gjitha eksperimentet përqendrimi fillestar i Pb (II) është 11mg/L dhe ai i joneve
Cd (II) është 9.14mg/L, sasia e argjilës 0.1g/50mL tretësirë, temperatura gjatë
eksperimentit u mbajt 30oC dhe koha e kontaktit 90 minuta për plumbin dhe 120 minuta
për kadmiumin. pH i tretësirave u ndryshua nga 1-10 duke u rregulluar me NaOH dhe
HNO3.
Tabela 7.3 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për vlera të ndryshme të pH.
pH Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L) q=C0-
Ce(mg/L)
% e Pb (II)
të adsorbuar
1 Pb (II) 11.01 10.78 0.23 2.08
2 Pb (II) 11.01 8.83 2.18 19.8
3 Pb (II) 11.01 2.39 8.62 78.29
4 Pb (II) 11.01 0.67 10.34 93.91
5 Pb (II) 11.01 0.55 10.46 95
6 Pb (II) 11.01 0.44 10.57 96
Tabela 7.4 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për vlera të ndryshme të pH.
pH Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L) q=C0-
Ce(mg/L)
% e Cd (II)
të adsorbuar
1 Cd (II) 9.14 8.67 0.47 5.14
2 Cd (II) 9.14 7.64 1.5 16.41
3 Cd (II) 9.14 6.64 2.5 27.35
4 Cd (II) 9.14 5.83 3.31 36.2
5 Cd (II) 9.14 4.42 4.72 51.64
6 Cd (II) 9.14 3.11 6.03 65. 97
7 Cd (II) 9.14 4.9 4.24 46.38
8 Cd (II) 9.14 6.44 2.7 29.5
9 Cd (II) 9.14 7.87 1.27 13.89
10 Cd (II) 9.14 8.2 0.94 10.28
Në Figurën 7.2 tregohet ndikimi i pH në sasinë e joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuar
nga argjila e Prrenjasit.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 67
Figura 7.2: Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara nga
pH.
Ndryshimet në sasinë e joneve të adsorbuar me ndryshimin e pH mund të shpjegohen
duke u bazuar tek konkurenca midis joneve të metalit dhe joneve H3O+ për vendet e
adsorbimit në sipërfaqen e argjilës. Në pH shumë të ulët, numri i joneve H3O+ e tejkalon
atë të joneve të metalit disa herë dhe sipërfaqja është e mbushur me H3O
+ që do të thotë
nuk ka vende ku të adsorbohen jonet e metalit. Gjithashtu ka mundësi që atomet e
oksigjenit të sipërfaqes së argjilës në mjedis acid reagojnë me ujin duke formuar
komplekse ujore si më poshtë:
- MO + H-OH H M-OH2+ + OH
-
Si pasojë një sipërfaqe e ngarkuar pozitivisht bashkëvepron keq me jonet e metalit që ka
afër dhe i pengon ata të arrijnë tek sipërfaqja e argjilës dhe kështu adsorbimi në pH të
ulëta nuk realizohet me efikasitet.
Kur pH rritet, rritet dhe numri i joneve H3O+ që largohen nga sipërfaqja e argjilës duke i
lënë vendet gati për adsorbimin e joneve të metalit të cilët lidhen fort në sipërfaqen e
argjilës nëpërmjet një mekanizmi të ngjashëm me atë të shkëmbimit-kationik.
Në eksperimentet e adsorbimit të zhvilluara në pH të ulët duhet marë në konsideratë
mundësia e tretjes së mineralit argjilor.
Në mjedis bazik, sipërfaqja e argjilës ngarkohet negativisht duke e favorizuar largimin e
joneve të metalit.
-MOH + OH- ↔ MO
- + H2O
-MO- +
M2+
→ -MO- … M
2+
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 68
Nga të dhënat eksperimentale duket qartë se përqindja e joneve të Pb (II) dhe të Cd (II)
rritet gradualisht me rritjen e pH derisa arrihet maksimumi i adsorbimit për të dy jonet në
pH rreth 6. Eksperimenti i adsorbimit për jonet e Pb (II) nuk mund të vazhdojë mbi pH 7
pasi ndodh precipitimi i hidroksidit të plumbit. Ndërsa eksperimenti i adsorbimit të
joneve Cd (II) vazhdoi deri në pH 10. Në pH 6, % e joneve Pb (II) të adsorbuara është
96% ndërsa për jonet Cd(II) është 65.97%. Vërehet që me rritjen e pH mbi 6, % e
adsorbuar e joneve Cd (II) fillon të ulet ndjeshëm derisa arrin minimumin 10.28% në pH
10. Prej kësaj arrihet në konkluzionin, që pH optimal i adsorbimit të joneve të Pb (II) dhe Cd
(II) mbi argjilën e Prrenjasit mund të mbahet pH = 5.7-6.
7.1.3 Ndikimi i Sasisë së Adsorbentit në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe Cd (II)
Tek të gjitha eksperimentet përqendrimi fillestar i Pb (II) është 10.5mg/L ndërsa i Cd (II)
është 10.49mg/L, temperatura gjatë eksperimentit u mbajt 30oC, koha e kontaktit 90
minuta, pH=5.9 dhe sasia e argjilës u ndryshua nga 1-6g/L.
Tabela 7.5 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për sasi të ndryshme të adsorbentit.
Sasia e
argjilës
(g/L)
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L) q=C0-Ce
(mg/L)
V/m
qe
(mg/g)
% e Pb (II)
të adsorbuar
1 Pb (II) 10.5 1.8 8.7 1000 8.7 82.8
2 Pb (II) 10.5 0.51 9.99 500
4.995 95.1
3 Pb (II) 10.5 0.49 10.01 333
3.33 95.3
4 Pb (II) 10.5 0.42 10.08 250
2.52 96
5 Pb (II) 10.5 0.31 10.19 200
2.038 97
6 Pb (II) 10.5 0.22 10.28 166
1.71 97.9
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 69
Tabela 7.6 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për sasi të ndryshme të adsorbentit.
Sasia e
argjilës
(g/L)
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L)
V/m
q=C0-Ce
(mg/L)
qe
(mg/g)
% e Cd
(II) të
adsorbua
r
1 Cd (II) 10.49 4.92 1000 5.57 5.75 53
2 Cd (II)
10.49 3.74 500 6.75 3.375 64.34
3 Cd (II)
10.49 3.06 333 7.43 2.476 70.82
4 Cd (II)
10.49 2.79 250 7.7 1.925 73.4
5 Cd (II)
10.49 2.27 200 8.22 1.644 78.36
6 Cd (II)
10.49 2.12 166 8.37 1.395 79.79
Në figurën 7.3 është paraqitur grafikisht ndikimi i sasisë së argjilës në përqindjen e
joneve të Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuar nga tretësirat ujore.
Figura 7.3 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara nga
sasia e argjilës.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 70
Rritja e përqindjes së joneve të adsorbuar me rritjen e sasisë së argjilës mund ti referohet
rritjes së ngarkesës negative në sipërfaqen e argjilës dhe uljes së potencialit elektrostatik
afër sipërfaqes së ngurtë që favorizon ndërveprimin adsorbent-tretësirë.
Në figurën 7.4 është paraqitur grafikisht ndikimi i sasisë së argjilës në sasinë e joneve Pb
(II) dhge Cd (II) të adsorbuar nga tretësirat ujore për gram argjilë.
Figura 7.4 Grafiku i varësisë së sasisë së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara për gram
argjilë nga sasia e argjilës.
Nga të dhënat eksperimentale vërejmë se sasia e joneve të metalit për njësi mase të
argjilës ulet me rritjen e sasisë së argjilës. Rezultate të ngjashme janë raportuar dhe nga
autorë të tjerë.
Kjo mund të jetë shkak i dy arsyeve.
(i) Përqendrimet e larta të adsorbentit ndikojnë në formimin e xheleve ngjitës dhe
si rrjedhojë ndikojë negativisht në tretjen e vendeve të adsorbimit duke ulur
numrin e vendeve të adsorbimit për njësi mase.
(ii) Sasia e lartë e adsorbentit krijon grumbullim të grimcave duke ulur kështu
sipërfaqen specifike totale. Nga të dhënat eksperimentale, vërejmë se si sasi optimale e argjilës gjatë adsorbimit të
joneve të Pb (II) dhe Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit mund të mbahet sasia 2g/L për
tretësira me përqendrime rreth vlerës së përqendrimit 10mg/L. Ky optimum mase është
përzgjedhur për eksperimentet e kryera pasi kështu shmanget formimi i xheleve ngjitës
gjatë përqendrimeve të larta të adsorbentit.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 71
Sasia e joneve Pb (II) të adsorbuar për gram argjilë ulet nga 8.7 në 1.71mg/g. Megjithatë,
përqindja e joneve të adsorbimit tregon një trend të kundërt. Ajo rritet nga 82.8 në 97.9%
për Pb (II).
Sasia e joneve Cd (II) të adsorbuar për gram argjilë ulet nga 5.75 në 1.395mg/g.
Megjithatë, përqindja e joneve të adsorbimit tregon një trend të kundërt. Ajo rritet nga 53
në 79.79 % për Pb (II).
Për studimin e adsorbimit të joneve të metaleve me anë të teknikave batch praktikisht
është i rëndësishëm përcaktimi i një raporti të përshtatshëm të vëllimit të tretësirës me
masën e adsorbentit (V/m) i cili të mund të jetë i tillë që të mund të arrihet adsorbimi
maksimal i joneve nga tretësira. Nga të dhënat e paraqitua në Tabelën7.5 dhe 7.6 vërejmë
se % e joneve të metalit të larguar varet nga raporti V/m. Nga të dhënat duket qartë se %
e joneve të adsorbuar rritet nëse vlera e raportit V/m ulet (ose kur masa e argjilës rritet)
dhe adsorbimi është pothuajse konstant për dozat e larta të adsorbentit. Kjo për shkak të
disponueshmërisë së më shumë sipërfaqeje të gatshme për adsorbim.
Figura 7.5 Grafiku i varësisë së % së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara në varësi të
raportit V/m
7.1.4 Ndikimi i Temperaturës në Adsorbimin e Joneve të Pb (II) dhe Cd (II)
Temperatura është një parametër i rëndësishëm që duhet marrë në konsideratë për shkak
të zonës natyrore të temperaturës që prek ujërat natyror dhe ndryshimet e temperaturës
me rritjen e thellësisë në sistemet natyrore dhe industrial të ujrave sipërfaqësore.
Tek të gjitha eksperimentet përqendrimi fillestar i Pb (II) është 10.9mg/L ndërsa i Cd (II)
është 10.2mg/L, koha e kontaktit 90 minuta, pH=5.9 dhe sasia e argjilës 2g/L ndërsa
temperatura gjatë eksperimentit u ndryshua nga 20-50oC.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 72
Tabela 7.7 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Pb (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për temperatura të ndryshme.
Temperatura
(oC)
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L)
q=C0-
Ce
(mg/L)
qe
(mg/g)
% e Pb (II)
të
adsorbuar
20 Pb (II) 10.9 0.7 10.2 5.1 93.57
30 Pb (II) 10.9 0.36 10.54 5.27 96.69
35 Pb (II) 10.9 0.33 10.57 5.285 96.97
40 Pb (II) 10.9 0.27 10.63 5.315 97.52
50 Pb (II) 10.9 0.19 10.71 5.355 98.25
Tabela 7.8 Rezultatet e marra nga analiza e joneve të Cd (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për temperatura të ndryshme.
Temperatura
(oC)
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/L)
q=C0-Ce
(mg/L)
qe
(mg/g)
% e Cd (II)
të
adsorbuar
20 Cd (II) 10.2 4.74 5.46 2.73 53.52
30 Cd (II) 10.2 3.95 6.25 3.125 61.27
35 Cd (II) 10.2 3.77 6.43 3.215 63
40 Cd (II) 10.2 3.62 6.58 3.29 64.5
50 Cd (II) 10.2 3.38 6.82 3.41 66.86
Në figurën 7.6 është paraqitur grafikisht ndikimi i temperaturës në përqindjen e joneve të
Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuar nga tretësirat ujore mbi argjilën e Prrenjasit.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 73
Figura 7.6 Grafiku i varësisë së përqindjes së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara nga
temperatura.
Nga të dhënat eksperimentale, duket qartë se sasia e joneve Pb (II) dhe Cd (II) të
adsorbuara mbi argjilën e Prrenjasit rritet me rritjen e temperaturës. Me rritjen e
temperaturës nga 20 në 50oC përqindja e joneve Pb (II) të adsorbuara rritet nga 93.57 në
98.25% ndërsa e joneve Cd (II) rritet nga 53.52 në 66.86%.
Kjo tregon se procesi i adsorbimit të joneve Pb (II) dhe Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit
është endotermik.
Nga të dhënat eksperimentale, vërejmë se si temperaturë optimale e adsorbimit të joneve
të Pb (II) dhe të joneve Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit mund të mbahet tempetatura
30oC.
7.1.5 Ndikimi i Përqendrimit Fillestar të Pb (II) dhe Cd (II) në Procesin e
Adsorbimit
Për kryerjen e këtij eksperimenti u përgatitën tretësira me përqendrime të ndryshme të
joneve të Pb (II) dhe të joneve të Cd (II) (veç e veç) që variojnë nga 10 deri në 50mg/L.
pH i tyre u rregullua deri në vlerën optimale, sasia e argjilës u mbajt 0.1g/50mL,
temperatura 303K për të dy rastet (Pb (II) dhe Cd (II)) dhe koha e kontaktit u mbajt 90
minuta për tretësirat e Pb (II) dhe 120 minuta për tretësirat e Cd (II).
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 74
Tabela 7.9 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Pb (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme të joneve në tretësirë.
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/
L)
q= C0-Ce
(mg/L)
qe
(mg/g) Ce/qe logCe logqe
% e Pb
(II) të
adsorbu
ar
Pb (II) 10.8 0.09 10.71 5.355 0.016
8
-
1.045 0.728 99.1
Pb (II) 20.3 1.34 18.96 9.48 0.141 0.127 0.9768 93.3
Pb (II) 29.5 4.01 25.49 12.745 0.314 0.6 1.1 86.4
Pb (II) 39.9 4.2 35.7 17.85 0.235 0.623 1.251 89.47
Pb (II) 48.02 12.4 35.8 17.9 0.692
7 1.093 1.252 74.55
Tabela 7.10 Rezultatet e marra nga analiza e joneve Cd (II) me absorber atomik para dhe
pas procesit të adsorbimi për përqendrime të ndryshme të joneve në tretësirë.
Kationi C0(mg/L) Ce(mg/
L)
q= C0-
Ce
(mg/L)
qe
(mg/g) Ce/qe logCe logqe
% e Cd
(II) të
adsorbu
ar
Cd (II) 9.63 2.93 6.7 3.35 0.874 0.4668 0.525 69.57
Cd (II) 19.50 11.37 8.13 4.065 2.797 1.0557 0.609 41.69
Cd (II) 28.30 17.27 11 5.5 3.14 1.2372 0.7403 38.86
Cd (II) 37.27 24.22 13.05 6.5 3.726 1.384 0.8129 35
Cd (II) 47.90 34.43 13.47 6.735 5.11 1.5369 0.8283 28.12
Në figurën 7.7 është paraqitur grafikisht ndikimi i përqendrimit të joneve të metalit në
sasinë e joneve të metalit të adsorbuar nga tretësirat ujore për gram argjilë.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 75
Figura 7.7 Grafiku i varësisë së sasisë së joneve Pb (II) dhe Cd (II) të adsorbuara për
njësinë e masës së argjilës nga përqendrimi fillestar i joneve në tretësirë.
Nga të dhënat eksperimentale, u vu re se adsorbimi i joneve të metaleve të rëndë (Pb (II)
dhe Cd (II)) nga tretësirat ujore nëpërmjet argjilës së Prrenjasit varet nga përqendrimi i
joneve në tretësirë dhe se ai rritet me rritjen e përqendrimit fillestar të joneve. Është e
qartë që për përqendrime fillestare të larta të joneve të metalit pritet përdorimi më me
efiçencë i qendrave të adsorbimit për shkak të një force drejtuese më të madhe nga
gradienti i përqendrimit të lartë
Sasia e joneve të Pb (II) të adsorbuar për njësi mase të argjilës rritet gradualisht me rritjen
e përqendrimit të joneve të Pb (II) në tretësirë resperktivish me rritjen e përqendrimit nga
10.8 në 48.02, sasia e joneve të Pb (II) të adsorbuar për njësi mase të argjilës rritet nga
5.355 në 17.9mg/g.
Sasia e joneve të Cd (II) të adsorbuar për njësi mase të argjilës rritet gradualisht me rritjen
e përqendrimit të joneve të Cd (II) në tretësirë resperktivish me rritjen e përqendrimit nga
9.63 në 47.90, sasia e joneve të Cd (II) të adsorbuar për njësi mase të argjilës rritet nga
3.35 në 6.735mg/g.
Në përqëndrime të ulta të joneve të Pb (II) dhe Cd (II) në tretësirë raporti i numrit të
joneve të metalit dhe numrit të qendrave aktive të disponueshme është i vogël dhe si
pasojë adsorbimi nuk varet nga përqendrimi fillestar i joneve të metalit. Me rritjen e
përqendrimit të joneve në tretësirë situata ndryshon dhe konkurenca për vendet e
adsorbimit bëhet më e fortë. Si rezultat, niveli i adsorbimit bie ndjeshëm, por sasia e
adsorbuar për njësi mase të adsorbentit rritet.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 76
Eshtë vërejtur se përqendrimi fillestar i joneve të metalit ka ndikim të konsiderueshëm në
rritjen e kohës së kontaktit. Kur përdoret një përqendrim fillestar i lartë, kërkohet kohë
kontakti më e madhe për të arritur adsorbimin e plotë.
Nga të dhënat eksperimentale përcaktojmë se kapaciteti adsorbues i joneve të Pb (II) mbi
argjilën e Prrenjasit është 17.9mg/g ndërsa për jonet Cd (II) është 6.735mg/g.
7.2 Studimi i Izotermave
Për të karkterizuar procesin e adsorbimit u studiuan modelet e izotermave të Langmuir
dhe Freundlich të cilat japin informacion për kapacitetin adsorbues. Këto izoterma lidhin
sasinë e joneve të metalit të adsorbuar për njësi mase të argjilës (qe) me përqendrimin e
joneve të metalit në ekuilibër Ce. Modeli i Langmuir ka qënë empirikisht më i përdoruri
pasi përmban dy parametra qm dhe b, të cilët pasqyrojnë dy karakteristika të rëndësishme
të sistemit të adsorbimit përkatësisht konstanten e ekuilibrit për ekuilibrin adsorbat-
adsorbent dhe kapacitetin e monoshtresës së fazës së ngurtë.
7.2.1 Izoterma e Langmuir
Për të dhënat eksperimentale të mara nga eksperimenti i ndryshimit të përqendrimit
fillestar të joneve të metalit nga i cili është përcaktuar dhe kapaciteti adsorbues i argjilës
së Prrenjasit për të dy jonet e studiuara u zbatua modeli i adsorbimit të Langmuir sipas
ekuacionit të mëposhtëm:
ku:
qm dhe b janë koeficientë
qe është sasia e joneve të metalit e adsorbuar për njësi mase të adsorbentit
Ce është përqendrimi i metalit në ekuilibër
Ce dhe qe u llogaritën për të gjitha përqendrimet fillestare të metalit
Grafiku linear i modelit të Langmuir që tregon varësinë e Ce/qe nga Ce për jonet e Pb (II),
paraqitet në figurën 7.8 dhe për jonet e Cd (II) në figurën 7.9.
m
e
me
e
q
C
bqq
C
1
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 77
Figura 7.8 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Langmuir për jonet e Pb (II)
Figura 7.9 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Langmuir për jonet e Cd (II)
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 78
Vlerat e konstanteve të Langmuir qm dhe b u llogaritën nga ekuacionet e drejtëzave dhe
nga ekuacioni i modelit të adsorbimit të Langmuir. Vlerat e qm për Pb (II) dhe për Cd
(II) janë përkatësisht 18,97 mg/g dhe 8.06 mg/g. Ndërsa vlerat eksperimentale të tyre
janë përkatësisht 17.9mg/g për Pb (II) dhe 6.735mg/g për Cd (II). Kostantja b është e
lidhur me afrimitetin midis adsorbentit dhe adsorbatit. Vlera e parametrit b për Pb (II)
dhe Cd (II) janë përkatësisht 1.11 L/mg dhe 0.1416 L/mg. Vlera e parametrit b tregojnë
që argjila montmorillonite e Prrenjasit ka afrimitet të lartë për jonet Pb (II) dhe Cd (II). Grafiku i izotermës së adsorbimit Langmuir për jonet e Pb (II) i paraqitur në figurën 7.8
ka koeficient korrelacioni të lartë R2
= 0.976. Edhe për izotermën e adsorbimit Langmuir
për adsorbimin e joneve Cd (II) të paraqitur në figurën 7.9 kemi një koeficient
korrelacioni R2
= 0.954. Kjo tregon përputhje të mirë midis të dhënave eksperimentale
për adsorbimin e joneve Pb (II) dhe Cd (II) dhe ekuacionit Langmuir.
Ekuacioni i Langmurit gjithashtu përdoret për të përcaktuar RL konstanten e faktorit të
ndarjes nga ekuacioni i mëposhtëm:
01
1
CbRL
ku: Co është përqendrimi fillestar i metalit.
Format e izotermave varen nga vlera e R. Nëse 0 < RL < 1 tregon adsorbim të favorshëm
dhe kur RL = 0, RL=1, RL > 1 tregon adsorbim jo të favorshëm, dhe izotermat janë
respektive lineare dhe të kthyeshme.
Vlera e RL= 0.076 për Pb (II) dhe RL= 0.423 për Cd (II) tregon se procesi i adsorbimit të
joneve të studiuar është i favorizuar.
Bazuar në këto të dhëna mund të thuhet se adsorbimi i joneve të studiuar Pb (II) dhe Cd
(II) mbi argjilën e Prrenjasit ndodh kryesisht përmes formimit të një monoshtrese të
vetme të joneve të adsorbuar.
7.2.2 Izoterma e Freundlich
Për të dhënat eksperimentale të mara nga eksperimenti i ndryshimit të përqendrimit
fillestar të joneve të Pb (II) dhe të joneve të Cd (II) nga i cili është përcaktuar dhe
kapaciteti adsorbues i argjilës për jonet e Pb (II) dhe ato të Cd (II), u zbatua edhe modeli i
adsorbimit sipas Freundlich duke përdorur ekuacionin e mëposhtëm:
nefe Ckq
1
kf dhe n janë koefiçientët e Freundlich të lidhur respektivisht me kapacitetin adsorbues
dhe intensitetin e adsorbimit të adsorbentit të ngurtë.
Linearizimi i modelit Freundlich merret duke ndërtuar grafikun e logqe përkundrejt
logCe.
kCn
q ee loglog1
log
Grafiku linear i modelit të Freundlich që tregon varësinë e logqe përkundrejt logCe për
jonet e Pb (II), paraqitet në figurën 7.10 dhe për jonet e Cd (II) në figurën 7.11.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 79
Figura 7.10 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Freundlich për jonet e Pb (II).
Figura 7.11 Grafiku i linearizuar i izotermës së adsorbimit Freundlich për jonet e Cd (II).
Nga ekuacioni i trajtës së linearizuar të modelit të adsorbimit Freundlich janë llogaritur
koefiçientët e Freundlich kf dhe n. Vlerat e kf përkatësisht për Pb (II) dhe Cd (II) janë 9.66
dhe 2.28. Vlerat e n përkatësisht për Pb (II) dhe Cd (II) janë 3.968 dhe 2.28.
Nga të dhënat eksperimentale vërejmë se modeli i adsorbimit të joneve të Pb (II) dhe Cd
(II) mbi argjilën e Prrenjasit përputhet më mirë me modelin e adsorbimit Langmuir
krahasuar me modelin e adsorbimit Freundlich.
STUDIMI I EKUILIBRAVE TË ADSORBIMIT NË ARGJILAT
MONTMORILLONITE TË DISA METALEVE TË RËNDË
Edlira Tako 80
Vlerat e konstanteve të Langmuir dhe Freundlich për jonet e Pb (II) dhe të Cd (II) janë
dhënë në tabelën 7.11.
Tabela 7.11 Konstantet e izotermave të modelit të adsorbimit sipas Langmuir dhe
Freundlich për Pb (II) dhe Cd (II) mbi argjilën e Prrenjasit.
PËRMBLEDHJE Argjilat njihen si materialet e shekullit XXI sepse ato gjenden me shumicë, janë të lira dhe miqësore me mjedisin. Argjilat janë materiale alumosilokate të hidratuara me grimca me përmasa 2 - 4 μ dhe me një sipërfaqe specifike të lartë. Ndotja e ujit nga jonet e metaleve të rëndë me substanca toksike është problem kryesor për shëndetin e njeriut si dhe për cilësinë e ambjentit. Qëllimi kryesor i këtij studimi ishte vlerësimi i performancës së adsorbimit të argjilës montmorillonite të Prrenjasit në trajtë natyrore dhe të modifikuara me acid sulfurik për jonet e Pb (II) dhe Cd (II). Për të arritur këtë qëllim, studimi u fokusua në: (i) optimizimin e kushteve të adsorbimit si: koha e ndërveprimit, pH, temperatura dhe sasia e adsorbentit, (ii) përcaktimi i kapaciteti adsorbues të argjilës së Prenjasit për jonet e Pb (II) dhe Cd (II), (iii) përcaktimi i ekuilibrave të adsorbimit dhe parametrave termodinamikë. Adsorbimi i joneve të Pb (II) nga argjila e Prrenjasit ndodh shpejt dhe për më pak se 40 min adsorbohet mbi 95% e joneve në tretësirë. Ndërsa për jonet e Cd (II) adsorbimi ndodh më ngadalë, pas 120 minutash është adsorbuar 69% e joneve Cd (II). Të dhënat e ekuilibrit për adsorbimin e joneve të Pb (II) dhe të Cd (II) nga argjila e Prrenjasit përputhen më mirë me modelin e adsorbimit Langmuir. Kapaciteti adsorbues i argjilës së patrajtuar për jonet e Pb (II) është 17.9mg/g ndërsa për jonet Cd (II) në 6.735mg/g temperaturën 30oC. Procesi i adsorbimit përputhet më mirë me ekuacionin e kinetikës së rendit pseudo të dytë. Llogaritja e parametrave termodinamikë ΔHo, ΔSo dhe ΔG treguan se procesi i adsorbimit për të dy jonet e studiuar është spontan dhe endotermik nga natyra.Rezultatet eksperimentale tregojnë që nuk kemi rritje të konsiderueshme të kapacitetit adsorbues mbi argjilën e Prrenjasit për jonet Pb (II) dhe Cd (II) pas aktivizimit me acid sulfurik. Rezultatet e këtij studimi treguan që argjila e Prrenjasit mund të përdoret me efiçencë si një adsorbent për largimin e Pb (II) dhe Cd (II) nga tretësirat ujore. Fjalët kyçe: argjilë, MMT, aktivizim acid, metale të rëndë, plumb, kadmium
ABSTRACT Clays are known as the XXI century materials because they are abundant, inexpensive and environmentally friendly. Clays are hydrated alumosilicate materials with particles of sizes 2 - 4 μ and with a high specific surface area. Water pollution from heavy metal ions with toxic substances is a major problem for human health and environmental quality. The main purpose of this study was to evaluate the performance of the adsorption of the montmorillonite clay of Prrenjas in natural form and activated with sulfuric acid for Pb (II) and Cd (II) ions. To achieve this goal, the study focused on: (i) optimization of adsorption conditions such as the interaction time, pH, temperature and amount of adsorbent, (ii) determining the adsorbtion capacity of the clay of Prrenjas for the Pb (II) and Cd (II) ions, (iii) determination of adsorption equilibria and thermodynamic parameters. The adsorption of Pb (II) ions from the clay of Prrenjas occurs quickly and for less than 40 min more than 95% of the ions are adsorbed in the solution. While for the ions of Cd (II) adsorption occurs more slowly, after 120 minutes 69% of the Cd (II) ions are adsorbed. Equilibrium data for the adsorption of Pb (II) and Cd (II) ions from Prrenjas clay is better complied with the Langmuir adsorption model. The adsorption capacity of untreated clay for Pb (II) ions is 17.9mg /g, while for the Cd (II) ions it's 6.735mg /g at the temperature of 30°C. The process of adsorption fits best with the kinetics of pseudo second order equation. Calculation of thermodynamic parameters ΔHo, ΔSo and ΔG showed that the process of adsorption for both ions studied is spontaneous and endothermic. Experimental results show that we have no significant increase of adsorption capacity on Prrenjas clay for Pb (II) and Cd (II) ions after activation with sulfuric acid. Results of this study showed that Prrenjas clay can be used efficiently as an adsorbent for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solutions. Key words: clay, MMT, acid activation, heavy metal, lead, cadmium.